电机观测方法、装置、电子设备及飞行器 |
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| 申请号 | CN202410052102.1 | 申请日 | 2024-01-12 | 公开(公告)号 | CN118041161A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 新兴际华(北京)智能装备技术研究院有限公司; | 发明人 | 崔延光; 尤向荣; 孔凡忠; 沈宏鑫; 潘念; 封和奇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 电机 观测方法、装置、 电子 设备及 飞行器 ，该方法包括：在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标 控制器 ，控制电机启动；在确定电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器；采用滑模变结构观测器，对电机进行状态观测。该方法采用启动器中的目标控制器控制电机启动，在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，从启动器切换至滑模变结构观测器对该电机进行状态观测，有效解决了使用滑模变结构观测器观测电机，在电机静止时滑模变结构观测器失效，且无法启动电机的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电机观测方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 电机观测方法、装置、电子设备及飞行器技术领域[0001] 本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机观测方法、装置、电子设备及飞行器。 背景技术[0002] 滑模变结构观测器(Sliding Mode Observer，SMO)是一种用于系统状态估计和观测的控制方法。滑模变结构观测器的核心思想是引入一个滑模面，使得系统状态在滑模面上实现滑模动态，从而可以利用滑模面上的信息来进行状态观测。 [0003] 现有的电机观测方法是采用滑模变结构观测器，通过引入滑模面来对电机状态进行观测，滑模面的引入可以通过选择合适的观测器增益和滑模面参数来实现，滑模面的性质保证了电机状态在该面上的快速收敛，从而使观测误差能够被有效地抑制。但是，在电机处于静止状态的情况下，反电动势为零，此时，滑模变结构观测器失效，且无法启动电机。 发明内容[0004] 本发明提供一种电机观测方法、装置、电子设备及飞行器，用以解决现有的电机观测方法中，在电机处于静止状态的情况下，反电动势为零，此时，滑模变结构观测器失效，且无法启动电机的缺陷，该方法采用启动器中的目标控制器控制电机启动，在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，从启动器切换至滑模变结构观测器对该电机进行状态观测，有效解决了使用滑模变结构观测器观测电机，在电机静止时滑模变结构观测器失效，且无法启动电机的问题。 [0005] 本发明提供一种电机观测方法，包括： [0006] 在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标控制器，控制所述电机启动； [0007] 在确定所述电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器； [0008] 采用所述滑模变结构观测器，对所述电机进行状态观测。 [0009] 根据本发明提供的一种电机观测方法，所述确定所述电机处于第一目标运行状态，包括：在所述电机的转速大于等于预设转速阈值的情况下，确定所述转速的第一持续时间，若所述第一持续时间大于等于预设时间阈值，则确定所述电机处于第一目标运行状态；在所述电机的转速小于所述预设转速阈值的情况下，持续采用所述启动器中的目标控制器拖动所述电机转动，直至所述电机的转速大于等于所述预设转速阈值，并确定所述转速的第二持续时间，若所述第二持续时间大于等于所述预设时间阈值，则确定所述电机处于第一目标运行状态。 [0010] 根据本发明提供的一种电机观测方法，所述目标控制器为恒流频比控制器、恒压频比控制器和高频注入电流控制器中的其中一种。 [0011] 根据本发明提供的一种电机观测方法，所述目标控制器是基于所述电机的电机参数，从所述恒流频比控制器、所述恒压频比控制器和所述高频注入电流控制器中确定的。 [0012] 根据本发明提供的一种电机观测方法，在所述电机参数指示所述电机不具有凸极效应且所述电机参数满足第一预设范围的情况下，所述目标控制器为所述恒压频比控制器；在所述电机参数指示所述电机不具有凸极效应且所述电机参数满足第二预设范围的情况下，所述目标控制器为所述恒流频比控制器，所述第二预设范围的下限值大于所述第一预设范围的上限值；在所述电机参数指示所述电机具有凸极效应的情况下，所述目标控制器为所述高频注入电流控制器。 [0013] 根据本发明提供的一种电机观测方法，所述在确定所述电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器，包括：在确定所述电机处于第一目标运行状态的情况下，若所述滑模变结构观测器处于第二目标运行状态，则切换至所述滑模变结构观测器。 [0014] 根据本发明提供的一种电机观测方法，所述采用所述滑模变结构观测器，对所述电机进行状态观测，包括：采用所述滑模变结构观测器，对所述电机的角度、转速和反电动势中的至少一项进行观测。 [0015] 本发明还提供一种电机观测装置，包括： [0016] 启动模块，用于在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标控制器，控制所述电机启动； [0017] 切换模块，用于在确定所述电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器； [0018] 观测模块，用于采用所述滑模变结构观测器，对所述电机进行状态观测。 [0020] 本发明还提供一种飞行器，包括上述所述电机、以及上述所述电机观测装置，所述电机观测装置控制连接所述电机，所述飞行器运行时实现如上述任一种所述电机观测方法。 [0021] 本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电机观测方法。 [0022] 本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述电机观测方法。 [0023] 本发明提供的电机观测方法、装置、电子设备及飞行器，通过在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标控制器，控制电机启动；在确定电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器；采用滑模变结构观测器，对电机进行状态观测。该方法采用启动器中的目标控制器控制电机启动，在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，从启动器切换至滑模变结构观测器对该电机进行状态观测，有效解决了使用滑模变结构观测器观测电机，在电机静止时滑模变结构观测器失效，且无法启动电机的问题。 附图说明 [0024] 为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0025] 图1是本发明提供的电机观测方法的流程示意图； [0026] 图2是本发明提供的切换滑模变结构观测器的示意图； [0027] 图3是本发明提供的电机观测装置的结构示意图； [0028] 图4是本发明提供的电子设备的结构示意图； [0029] 图5是本发明提供的飞行器的结构示意图。 具体实施方式[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0031] 为了更好地理解本发明实施例，首先对背景技术进行详细阐述： [0032] 滑模变结构观测器的优点包括对系统不确定性和干扰的强鲁棒性，以及对一定范围内的建模误差的容忍性。然而，它也存在一些挑战，例如，滑模面的设计需要一定的经验和分析，过于激进的设计可能导致高频振荡和抖动，而过于保守的设计可能导致较慢的收敛速度。 [0033] 总的来说，滑模变结构观测器是一种在非线性、时变和不确定性系统中用于状态观测的控制方法，通过引入滑模面来实现系统状态的估计，从而具有良好的鲁棒性和性能。 [0034] 需要说明的是，本发明实施例涉及的执行主体可以是电机观测装置，可以是飞行器，也可以是电子设备。可选的，该电子设备可以包括：计算机、移动终端、可穿戴设备、车辆及机器人等；该飞行器可以包括无人机及飞机等。 [0035] 其中，飞行器、车辆和机器人为包括电机的设备；计算机、移动终端和可穿戴设备为独立于电机之外的远程设备，电机用于控制飞行器运行。无论是飞行器，还是电子设备，均包括电机观测装置，该电机观测装置可控制连接电机。 [0036] 可选的，在执行主体为电子设备的情况下，电子设备中的电机观测装置，与飞行器中的电机之间可通过无线通信技术进行连接，该无线通信技术可以包括但不限于以下其中一项：第四代通讯技术(the 4Generation mobile communication technology，4G)和第五代通讯技术(the 5Generation mobile communication technology，5G)等。 [0037] 下面以电子设备为例对本发明实施例进行进一步地说明。 [0038] 如图1所示，是本发明提供的电机观测方法的流程示意图，可以包括： [0039] 101、在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标控制器，控制电机启动。 [0040] 在预先确定启动器中的目标控制器之后，电子设备可以通过检测电机的反电动势，若检测到电机的反电动势为零，则确定该电机处于静止状态，此时，该电子设备采用启动器中的目标控制器，来控制该电机启动，以便后续切换至滑模变结构观测器。 [0041] 在一些实施例中，目标控制器为恒流频比控制器、恒压频比控制器和高频注入电流控制器中的其中一种。 [0042] 其中，恒流频比(Intensity of current/Frequency，I/F)控制器指的是一种转速开环、电流闭环的控制器。恒流频比控制是根据电机负载特性，给变频器设置合适的电流和频率的比值，使得电机输出转矩与不同转速下的负载相匹配，以达到较高的运行效率。 [0043] 恒压频比(Voltage/Frequency，V/F)控制器指的是一种变频调速控制器。恒压频比控制通过使电压和频率的比值恒定，从而使磁通保持不变，并通过控制转差频率来控制电机的转矩和转速。 [0044] 高频注入电流(High Frequency Injection current，HFI)控制器指的是一种通过施加高频方波激励，并测量脉冲响应电流来控制电机的控制器。 [0045] 在一些实施例中，目标控制器是电子设备基于电机的电机参数，从恒流频比控制器、恒压频比控制器和高频注入电流控制器中确定的。 [0046] 其中，电机参数用于表征与电机相关的性能和特性。需要说明的是，电机参数用于表征参数的额定值。 [0047] 可选的，电机参数可以包括以下至少一项：功率、能耗、转速和噪声等。 [0048] 在控制电机启动之前，电子设备可基于电机的电机参数，从恒流频比控制器、恒压频比控制器和高频注入电流控制器中，确定目标控制器。 [0049] 在一些实施例中，在电机参数指示电机不具有凸极效应且电机参数满足第一预设范围的情况下，目标控制器为恒压频比控制器；在电机参数指示电机不具有凸极效应且电机参数满足第二预设范围的情况下，目标控制器为恒流频比控制器，第二预设范围的下限值大于第一预设范围的上限值；在电机参数指示电机具有凸极效应的情况下，目标控制器为高频注入电流控制器。 [0050] 其中，凸极效应指的是在凸极电机中，定子齿槽或转子齿槽由于加工或装配误差，导致它们不是完全对称的。这样就会引起电机的磁场产生畸变，从而产生电机的凸极效应。电机凸极效应的本质原因是定子或转子上的齿槽导致了气隙磁场的不连续，使得励磁电流产生了一个尖峰。这个尖峰会使得电机中的谐波磁场得到加强，这将会导致电机中的电磁力、电磁转矩和电感等参数产生变化。这些变化会导致电机运行性能的下降，并且还会使电机产生额外的振动和噪声。 [0051] 可选的，第一预设范围可以包括以下至少一项：第一预设功率范围、第一预设能耗范围、第一预设转速范围和第一预设噪声范围。 [0052] 可选的，第二预设范围可以包括以下至少一项：第二预设功率范围、第二预设能耗范围、第二预设转速范围和第二预设噪声范围。 [0053] 可选的，上述第一预设功率范围、第一预设能耗范围、第一预设转速范围、第一预设噪声范围、第二预设功率范围、第二预设能耗范围、第二预设转速范围和第二预设噪声范围均可以是电子设备出厂前设置的，也可以是用户自定义的，此处不作具体限定。 [0054] 在预先确定目标控制器的过程中，不同的电机对应的目标控制器是不同的。若电机参数指示电机不具有凸极效应且该电机参数满足第一预设范围，电子设备则将恒压频比控制器确定为目标控制器；若电机参数指示电机不具有凸极效应且该电机参数满足第二预设范围，该电子设备则将恒流频比控制器确定为目标控制器；在电机参数指示电机具有凸极效应的情况下，例如电机参数指示电机产生额外的振动和噪声，该电子设备将高频注入电流控制器确定为目标控制器。 [0055] 102、在确定电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器。 [0056] 其中，第一目标运行状态用于表征电机的稳定运行状态。 [0057] 在确定电机处于第一目标运行状态的情况下，电子设备从启动器切换至滑模变结构观测器，以便后续对电机进行状态观测。 [0058] 在一些实施例中，电子设备确定电机处于第一目标运行状态，可以包括：在电机的转速大于等于预设转速阈值的情况下，电子设备确定转速的第一持续时间，若第一持续时间大于等于预设时间阈值，则确定电机处于第一目标运行状态；在电机的转速小于预设转速阈值的情况下，该电子设备持续采用启动器中的目标控制器拖动电机转动，直至电机的转速大于等于预设转速阈值，并确定转速的第二持续时间，若第二持续时间大于等于预设时间阈值，则确定电机处于第一目标运行状态。 [0059] 可选的，预设转速阈值和预设时间阈值均可以是电子设备出厂前设置的，也可以是用户自定义的，此处不作具体限定。 [0060] 可选的，第一持续时间和第二持续时间可以相同，也可以不同，此处不作具体限定。 [0061] 在确定电机处于第一目标运行状态的过程中，电子设备先获取电机的转速，将电机的转速与预设转速阈值进行比较：在电机的转速大于等于预设转速阈值的情况下，进而确定该转速的第一持续时间，若该第一持续时间大于等于预设时间阈值，则说明电机的转速已经达到标准值(即预设转速阈值)，且已经持续一段时间，此时，该电子设备可确定电机处于稳定运行状态，即第一目标运行状态；在电机的转速小于预设转速阈值的情况下，该电子设备可持续采用启动器中的目标控制器拖动电机转动，直至电机的转速大于等于预设转速阈值，进而确定该转速的第二持续时间，若该第二持续时间大于等于预设时间阈值，则说明电机的转速已经达到标准值，且已经持续一段时间，此时，该电子设备可确定电机处于第一目标运行状态。 [0062] 此外，在第一持续时间小于预设时间阈值的情况下，和/或，在第二持续时间小于预设时间阈值的情况下，说明电机的转速虽然已经达到标准值，但转速仍不稳定。 [0063] 在一些实施例中，在确定电机处于第一目标运行状态的情况下，电子设备切换至滑模变结构观测器，可以包括：在确定电机处于第一目标运行状态的情况下，若滑模变结构观测器处于第二目标运行状态，电子设备则切换至滑模变结构观测器。 [0064] 其中，第二目标运行状态用于表征滑模变结构观测器的稳定运行状态。 [0065] 在确定电机处于第一目标运行状态的情况下，若滑模变结构观测器处于第二目标运行状态，则说明滑模变结构观测器处于稳定运行状态，电子设备从启动器切换至滑模变结构观测器。 [0066] 103、采用滑模变结构观测器，对电机进行状态观测。 [0067] 在切换至滑模变结构观测器之后，电子设备可采用该滑模变结构观测器，对电机进行状态观测。整个过程有效解决了使用滑模变结构观测器观测电机，在电机静止时滑模变结构观测器失效，且无法启动电机的问题。 [0068] 在一些实施例中，电子设备采用滑模变结构观测器，对电机进行状态观测，可以包括：电子设备采用滑模变结构观测器，对电机的角度、转速和反电动势中的至少一项进行观测。 [0069] 电子设备可采用滑模变结构观测器，观测电机的角度、转速和反电动势中的至少一项，以实现对电机的状态观测。 [0070] 在本发明实施例中，在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标控制器，控制电机启动；在确定电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器；采用滑模变结构观测器，对电机进行状态观测。该方法采用启动器中的目标控制器控制电机启动，在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，从启动器切换至滑模变结构观测器对该电机进行状态观测，有效解决了使用滑模变结构观测器观测电机，在电机静止时滑模变结构观测器失效，且无法启动电机的问题。 [0071] 结合以下示例对本发明实施例作进一步阐述： [0072] 示例性的，如图2所示，是本发明提供的切换滑模变结构观测器的示意图。从图2中可以看出，在预先从恒流频比(I/F)控制器、恒压频比(V/F)控制器和高频注入电流(HFI)控制器中确定目标控制器之后，电子设备采用启动器中的目标控制器控制电机启动，在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，从启动器切换至滑模变结构观测器对该电机进行状态观测。 [0073] 下面对本发明提供的电机观测装置进行描述，下文描述的电机观测装置与上文描述的电机观测方法可相互对应参照。 [0074] 如图3所示，是本发明提供的电机观测装置的结构示意图，可以包括： [0075] 启动模块301，用于在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标控制器，控制该电机启动； [0076] 切换模块302，用于在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器； [0077] 观测模块303，用于采用该滑模变结构观测器，对该电机进行状态观测。 [0078] 可选的，切换模块302，具体用于在该电机的转速大于等于预设转速阈值的情况下，确定该转速的第一持续时间，若该第一持续时间大于等于预设时间阈值，则确定该电机处于第一目标运行状态；在该电机的转速小于该预设转速阈值的情况下，持续采用该启动器中的目标控制器拖动该电机转动，直至该电机的转速大于等于该预设转速阈值，并确定该转速的第二持续时间，若该第二持续时间大于等于该预设时间阈值，则确定该电机处于第一目标运行状态。 [0079] 可选的，该目标控制器为恒流频比控制器、恒压频比控制器和高频注入电流控制器中的其中一种。 [0080] 可选的，该目标控制器是基于该电机的电机参数，从该恒流频比控制器、该恒压频比控制器和该高频注入电流控制器中确定的。 [0081] 可选的，在该电机参数指示该电机不具有凸极效应且该电机参数满足第一预设范围的情况下，该目标控制器为该恒压频比控制器；在该电机参数指示该电机不具有凸极效应且该电机参数满足第二预设范围的情况下，该目标控制器为该恒流频比控制器，该第二预设范围的下限值大于该第一预设范围的上限值；在该电机参数指示该电机具有凸极效应的情况下，该目标控制器为该高频注入电流控制器。 [0082] 可选的，切换模块302，具体用于在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，若该滑模变结构观测器处于第二目标运行状态，则切换至该滑模变结构观测器。 [0083] 可选的，观测模块303，具体用于采用该滑模变结构观测器，对该电机的角度、转速和反电动势中的至少一项进行观测。 [0084] 如图4所示，是本发明提供的电子设备的结构示意图，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行电机观测方法，该方法包括：在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标控制器，控制该电机启动；在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器；采用该滑模变结构观测器，对该电机进行状态观测。 [0085] 此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read‑Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 [0086] 如图5所示，是本发明提供的飞行器的结构示意图，该飞行器包括上述电机，以及上述电机观测装置，该电机观测装置控制连接该电机。 [0087] 另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的电机观测方法，该方法包括：在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标控制器，控制该电机启动；在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器；采用该滑模变结构观测器，对该电机进行状态观测。 [0088] 又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的电机观测方法，该方法包括：在确定电机处于静止状态的情况下，采用启动器中的目标控制器，控制该电机启动；在确定该电机处于第一目标运行状态的情况下，切换至滑模变结构观测器；采用该滑模变结构观测器，对该电机进行状态观测。 [0089] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。 [0090] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。 [0091] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |
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